Des chercheurs du MIT et de l’Université de Californie à San Diego (UCSD) ont recruté de nouveaux soldats dans la lutte contre le cancer : des bactéries. Dans une étude figurant dans le magazine Nature du 20 Juillet, des scientifiques ont programmés des souches inoffensives de bactéries pour délivrer des charges utiles toxiques. Lorsqu’elle est déployée conjointement avec un médicament anticancéreux traditionnel, les bactéries ont diminué les tumeurs agressives du foie chez des souris de manière bien plus efficace que le traitement seul.
La nouvelle approche exploite la tendance naturelle des bactéries à s’accumuler sur les sites de la maladie. Certaines souches de bactéries se développent dans des environnements pauvres en oxygène telles que des tumeurs, et la suppression du système immunitaire de l’hôte crée également des conditions favorables pour le développement des bactéries.
« Les tumeurs peuvent être des environnements conviviaux pour que les bactéries se développent, et nous profitons de cela», précise Sangeeta Bhatia, professeur en sciences de la santé et en génie électrique et informatique au MIT et membre du Koch Institut en recherche sur le cancer intégrative et son Institut en ingénierie et science médicale du MIT.
Sangeeta Bhatia et Jeff Hasty, professeur de bioingénierie à UCSD, sont les principaux auteurs du document. Les principaux auteurs sont UCSD étudiant diplômé Omar Din et ancien postdoc MIT Tal Danino, qui est maintenant professeur adjoint de génie biomédical à l’Université de Columbia.
Des circuits tueurs de tumeur
L’équipe de recherche a commencé à examiner la possibilité d’exploiter des bactéries pour lutter contre le cancer il y a plusieurs années. Dans une étude publiée l’année dernière mettant l’accent sur le diagnostic du cancer, les chercheurs ont conçu une souche de bactéries probiotiques (semblables à celles trouvées dans le yogourt) pour décrire un circuit génétique qui produit un signal luminescent, détectable avec un simple test d’urine, si le cancer du foie est présent.
Ces souches inoffensives de E. coli, qui peuvent être soit injectées ou consommées par voie orale, ont tendance à s’accumuler dans le foie parce que l’une des fonctions du foie est de filtrer les bactéries de la circulation sanguine.
Dans leur nouvelle étude, les chercheurs ont placé des circuits génétiques artificiels dans les bactéries, qui permettent aux microbes de tuer les cellules cancéreuses de trois façons différentes. Un circuit produit une molécule appelée hémolysine, qui détruit les cellules tumorales en endommageant les membranes cellulaires. Un autre produit un médicament qui induit la cellule à subir un suicide programmé, et le troisième circuit libère une protéine qui stimule le système immunitaire du corps pour attaquer la tumeur.
Pour prévenir les effets secondaires potentiels de ces médicaments, les chercheurs ont ajouté un autre circuit génétique qui permet aux cellules de détecter combien d’autres bactéries sont dans leur environnement, à travers un processus connu sous le nom de quorum sensing (quorum en français).
Lorsque la population atteint un niveau cible prédéterminé, les cellules bactériennes s’autodétruisent, en libérant leur contenu toxique en une fois. Quelques-unes des cellules survivent et recommencent le cycle à nouveau, ce qui prend environ 18 heures, et permet la libération répétées des médicaments.
« Cela nous permet de maintenir la charge de la bactérie dans l’organisme entier à un niveau bas et de continuer à expédier les médicaments dans la tumeur uniquement», dit Sangeeta Bhatia.
La polythérapie
Les chercheurs ont testé les bactéries dans des souris avec une forme très agressive de cancer du côlon qui se propage au foie. Les bactéries se sont accumulées dans le foie et ont commencé leur cycle de croissance et de la libération du médicament. À elles seuls, elles ont réduit la croissance tumorale légèrement, mais lorsqu’elles ont été combinées avec le médicament de chimiothérapie 5-fluorouracile, souvent utilisés pour traiter le cancer du foie, les chercheurs ont obtenu une réduction spectaculaire de la taille de la tumeur – beaucoup plus étendue que si le médicament avait été utilisé seul.
Cette approche est bien adaptée aux tumeurs du foie parce que les bactéries pris par voie orale ont une forte exposition là-bas, assure Sangeeta Bhatia. « Si vous voulez traiter les tumeurs en dehors de l’intestin ou du foie avec cette stratégie, vous aurez alors besoin de donner une dose plus élevée, de les injecter directement dans la tumeur, ou ajouter des stratégies de référencement supplémentaires, » dit-elle.
Dans des études précédentes, les chercheurs ont constaté que les bactéries modifiées qui s’échappent du foie sont efficacement éliminées par le système immunitaire, et qu’elles ont tendance à prospérer que dans des environnements tumoraux, ce qui devrait aider à minimiser les effets secondaires potentiels.
Martin Fussenegger, professeur de biotechnologie et de la bioingénierie à l’ETH Zurich, considère cette nouvelle approche « non conventionnelle » comme « très prometteuse. »
Les chercheurs travaillent actuellement sur la programmation de la bactérie à fournir d’autres types de cargaison mortelle. Ils prévoient également d’étudier quelles combinaisons de souches bactériennes et des circuits de ciblage tumoral seraient les plus efficaces contre les différents types de tumeurs.
http://news.mit.edu/2016/cancer-fighting-bacteria-0720
